Studienseminar für das Lehramt für die Sekundarstufe I - Mönchengladbach -

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1 Anhang 34 Studienseminar für das Lehramt für die Sekundarstufe I - Mönchengladbach - Möglichkeiten und Grenzen eines ökonomischen und ökologischen Einsatzes der Halbmikrotechnik nach Dr. Häusler im Chemieunterricht dargestellt an ausgewählten Experimenten in verschiedenen Jahrgangsstufen einer Hauptschule Schriftliche Hausarbeit im Rahmen der Zweiten Staatsprüfung gemäß 33 OVP für das Lehramt für die Sekundarstufe I, dem staatlichen Prüfungsamt für Zweite Staatsprüfungen für Lehrämter an Schulen vorgelegt von Daniela Krebsbach-Hadad Ludwigsallee Aachen Aachen, Erstleserin: Frau S. Schnittker Fachseminar Chemie

2 Anhang Anhang 6.1 Erklärung der Verfasserin zur vorliegenden Arbeit Ich versichere, dass ich die Arbeit selbstständig verfasst, keine anderen Quellen und Hilfsmittel als die angegebenen benutzt und die Stellen der Arbeit, die anderen Werken dem Wortlaut oder Sinn nach entnommen sind, in jedem einzelnen Fall unter Angabe der Quelle als Entlehnung kenntlich gemacht habe. Das Gleiche gilt auch für beigegebene Zeichnungen, Karten, Skizzen und Darstellungen. Ich bin damit einverstanden, dass diese Hausarbeit nach Abschluss meiner Zweiten Staatsprüfung wissenschaftlich interessierten Personen oder Institutionen zur Einsichtnahme zu Verfügung gestellt wird und dass zu diesem Zweck Ablichtungen dieser Hausarbeit hergestellt werden, sofern diese keine Korrekturen oder Bewertungsmerkmale enthalten. Aachen, den Daniela Krebsbach-Hadad 6.2 Dokumentationsverzeichnis Teil A: Dokumentationen zu den einzelnen Versuchen Versuch 1: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Arbeitsblatt Makrotechnik Fotografien Versuch 2: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Fotografien Versuch 3: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Schülerheftauszug Makrotechnik Versuch 4: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Versuch 5: Schülerheftauszug Halbmikrotechnik Es liegt zu jeder Stunde entweder ein Arbeitsblatt oder ein Schülerheftauszug vor, je nach der didaktischer Entscheidung für den Stundenverlauf. Ferner sind nur vereinzelte Versuche fotografisch festgehalten worden um den Anhang in einem überschaubaren Maß zu halten.

3 Anhang 36 Versuch 6: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Arbeitsblatt Makrotechnik Fotografien Versuch 7: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Arbeitsblatt Makrotechnik Versuch 8: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Arbeitsblatt Makrotechnik Fotografien Versuch 9: Schülerheftauszug Halbmikrotechnik Fotografien Versuch 10: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Arbeitsblatt Makrotechnik Versuch 12: Schülerheftauszug Halbmikrotechnik Versuch 13: Arbeitsblatt Halbmikrotechnik Schülerheftauszug Makrotechnik Fotografien Versuch 14: Schülerheftauszug Halbmikrotechnik Schülerheftauszug Makrotechnik Fotografien Teil B: Apparaturliste Teil C: Beispiele für Schülerfragebogen Teil D: Kopien zitierter Internetseiten

4 Anhang Teil A

5 Was atmen Fische? Kann Luft in Wasser gelöst sein? nicht vergessen! Chemikalien: Leitungswasser Versuchsaufbau: Dann brauchst du noch einen Dreifuß, ein Drahtnetz und den Bunsenbrenner. Versuchsdurchführung: Baue die Apparatur wie abgebildet auf. Fülle das Becherglas fast voll mit frischem Leitungswasser und stelle umgekehrt den Trichter hinein. Fülle ein Reagenzglas randvoll mit Wasser und verschließe es mit dem Daumen. Stülpe es dann vorichtig - ohne das Wasser ausläuft - umgekehrt über das Trichterrohr. Erhitze das Wasser allmählich. Es soll nicht kochen! Notiere deine Beobachtungen und verfasse einen Ergebnissatz. Beobachtung: Ergebnis:

6 Was atmen Fische? Kann Luft in Wasser gelöst sein? Geräte: Tricher, Becherglas, Dreifuß, Drahtnetz, Bunsenbrenner, Reagenzglas, nicht vergessen! Chemikalien: Leitungswasser Versuchsskizze: Versuchsdurchführung: Baue die Apparatur wie abgebildet auf. Fülle das Becherglas fast voll mit frischem Leitungswasser und stelle umgekehrt den Trichter hinein. Fülle ein Reagenzglas randvoll mit Wasser und verschließe es mit dem Daumen Stülpe es dann vorichtig - ohne das Wasser ausläuft - umgekehrt über das Trichterrohr. Erhitze das Wasser allmählich. Es soll nicht kochen! Notiere deine Beobachtungen und verfasse einen Ergebnissatz. Beobachtung: Ergebnis:

7 Fotografien zu Versuch 1: Was atmen Fische? Kann Luft in Wasser gelöst sein?

8 Wer baut den besten Feuerlöscher? Geräte die euch zur Verfügung stehen: (Es kann sein, dass ihr nicht alle braucht!) und Bechergläser für die Mischung. Chemikalien die euch zur Verfügung stehen: Mehl, Zitronensäure (Xi), Waschpulver, Spülmittellösung, Zucker, Natriumhydrogencarbonat, Salz (Natriumchlorid). Gehe sparsam mit den Chemikalien um, sie sind teuer! Sicherheitshinweise: Feuerlöscher nicht auf Personen richten! Schutzbrille nicht vergessen! Arbeitsauftrag: Auf dem Lehrertisch stehen 7 Chemikalien. Durch Mischen von bis zu drei der Chemikalien (nicht mehr!) und Zugabe von Wasser kannst du Löschschaum herzustellen. Mache erst einen Test im Becherglas! Es ist nicht erlaubt die Mischung zu schütteln oder umzurühren. Baue eine geeignete Apparatur für den Schaum zusammen. Der Start des Löschvorgangs soll kontrollierbar sein! (Tipp: Vielleicht kann man die Reaktion durch Zutropfen einer der Substanzen in Gang setzen.) Der Vorgang muß wiederholbar sein. Also schreibt genau auf was ihr gemacht habt: Welche Chemikalien habt ihr zusammen gemischt? Wie habt ihr die Apparatur zusammengebaut? Malt eine Skizze in euer Heft! Entsorgung: Reste können mit viel Wasser verdünnt ins abwasser gegeben werden.

9 Wer baut den besten Feuerlöscher? Fotografien zu Versuch 2:

10 Nachweis von Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) in der Atemluft nicht vergessen! Chemikalien: Kalkwasser Versuchsdurchführung: Baue die Apparatur wie unten abgebildet zusammen. Damit die Apparatur nicht festgehalten werden muss, kannst du sie mit Hilfe der Federklammern an dem bereitgelegten Aluminiumrohr befestigen. Das Aluminiumrohr fixierst du mit einer Muffe an einem Stativ. Dann atmest du mehrfach auf der Atemseite in dieapparatur aus. Notiere deine Beobachtung auf dem Arbeitsblatt! Atemseite Kalkwasser Entsorgung: Die Rückstände kannst du ins Abwasser geben. Beobachtung: Ergebnis: Vervollständige den Satz: Kohlenstoffdioxid (CO 2 ) kann mit nachgewiesen werden! Pustet man Kohlenstoffdioxid in das Kalkwasser so wird es

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12 Die Knallgasprobe der Nachweis von Wasserstoff Vorsicht! Säure ist ätzend! Immer Schutzbrille tragen! Chemikalien: verdünnte Salzsäure (C), Magnesium (F), Wasser Versuchsdurchführung: 1. Baue die Apparatur so wie in der Skizze zu sehen auf. 2. Gib ein kleines Stück Magnesium (Vorsicht, brennt leicht! Zündquellen fernhalten!) in das Reagenzglas und fülle etwas (wenig!) Salzsäure in die Tropfpipette. Wenn du damit fertig bist, läßt du die Apparatur von deiner Lehrerin abnehmen. 3. Um Wasserstoff nachzuweisen, mußt du ihn erst einmal herstellen. Dazu läßt du die Salzsäure langsam auf das Magnesium tropfen. Dabei entsteht Wasserstoff. Er sammelt sich im Auffanggefäß. Das kannst du daran erkennen, dass der Wasserstoff das im Auffanggefäß befindliche Wasser verdrängt. Säure Magnesium Wasser 4. Nehme nun das Auffanggefäß mit der Öffnung nach unten aus der pneumatischen Wanne, und verschliesse die Öffnung schnell mit deinem Daumen. Halte dann ein brennendes Streichholz an die Öffnung, während du deinen Daumen wegnimmst. Entsorgung: Die Säure kann mit Natronlauge neutralisiert und anschließend in den Ausguss gegeben werden. Die Reste, die sich noch im Reagenzglas befinden bei der Lehrerin zur Entsorgung abgeben! Notiere deine Beobachtung!

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14 Ätzen Säure auch Metalle? Vorsicht! Säure ist ätzend! Immer Schutzbrille tragen! Chemikalien: Schwefelsäure verdünnt (C), Magnesiumspäne (F) Versuchsdurchführung: Baue die Apparatur nach der Skizze zusammen und befülle sie mit Wasser. Säure Magnesium Wasser Gib eine geringe Menge Magnesium (Vorsicht, brennt leicht! Zündquellen fernhalten!) in das Reaktionsgefäß. Laß etwa 1 ml Schwefelsäure auf das Magnesium tropfen. Es sammelt sich ein Gas im Auffanggefäß. Wiederhole diesen Vorgang bis sich genügend Gas angesammelt hat. Nimm das Reagenzglas mit dem Gas vorsichtig aus dem Wasser ohne es zu drehen. Suche in der Nachweisliste nach der Versuchsbeschreibung für die Knallgasprobe und führe sie durch. Entsorgung: Die Säure kann mit Natronlauge neutralisiert und anschließend in den Ausguss gegeben werden. Die Reste, die sich noch im Reagenzglas befinden bei der Lehrerin zur Entsorgung abgeben! Beobachtung: Was hast du beobachtet? Ergebnis: 1. Welches Gas ist entstanden? 2. Was ist mit dem Magnesium passiert? 3. Würde ein edleres Metall genauso reagieren? (Denke an den Vorversuch!)

15 Ätzen Säure auch Metalle? Vorsicht! Säure ist ätzend! Immer Schutzbrille tragen! Geräte: Reagenzglas, Reagenzglas mit Seitenansatz, Tropftrichter, Glasrohr, Becherglas, Gummischlauch Chemikalien: Schwefelsäure verdünnt (C), Magnesiumspäne (F), Wasser Versuchsdurchführung: Baue die Aparatur,wie in der Skizze abgebildet, zusammen. Befülle Reagenzglas und Becherglas mit Wasser. Gib einige Magnesiumspänen (Vorsicht, brennt leicht! Zündquellen fernhalten!) in das Reagenzglas und lasse aus dem Scheidetrichter etwas Schwefelsäure darauftropfen. Es sammelt sich ein Gas im Auffanggefäß. Säure Nimm dann vorsichtig das Reagenzglas mit dem Gas aus dem Becherglas ohne es rumzudrehen. Suche in der Nachweisliste nach der Versuchsbeschreibung für die Knallgasprobe und führe sie durch. Magnesium Wasser Entsorgung: Die Säure kann mit Natronlauge neutralisiert und anschließend in den Ausguss gegeben werden. Die Reste, die sich noch im Reagenzglas befinden bei der Lehrerin zur Entsorgung abgeben! Beobachtung: Was hast du beobachtet? Ergebnis: 1. Welches Gas ist entstanden? 2. Was ist mit dem Magnesium passiert? 3. Würde ein edleres Metall genauso reagieren? (Denke an den Vorversuch!)

16 Ätzen Säuren auch Metalle? Fotografien zu Versuch 6:

17 Welches Gas entsteht bei der Reaktion von Kalk mit Säure? Chemikalien: Essigsäure (Xi), Kalkstein, Kalkwasser Schutzbrille tragen! Versuchsdurchführung: Baue die Apparatur wie unten abgebildet auf. In ein Reagenzglas füllst du etwas Kalkwasser. Dann gibst du in das andere Reagenz-glas eine kleines Stück Kalkstein und in die Pipette füllst du etwas Essigsäure (wenig!). Tropfe nun die Säure auf den Kalkstein. Säure Kalkstein Kalkwasser Entsorgung: Alle Rückstände können verdünnt mit iel Wasser ins Abwasser gegeben werden. Notiere deine Beobachtung und schau in der Nachweisliste nach, welches Gas entstanden ist! Beobachtung: Ergebnis: Formuliere einen Ergebnissatz!

18 Welches Gas entsteht bei der Reaktion von Kalk mit Säure? Geräte: 2 Reagenzgläser, Reagenzglashalter, Stopfen mit Glasrohr, Reagenzglasklammer Schutzbrille tragen! Chemikalien: Essigsäure (Xi), Kalkwasser, Kalkstein Versuchsdurchführung: Baue die Apparatur wie unten abgebildet auf. In ein Reagenzglas füllst du etwas Kalkwasser. Dann gibst du in das andere Reagenzglas eine kleines Stück Kalkstein und Essigsäure (wenig!). Stülpe sofort den Stopfen mit dem Glasrohr auf das Reagenzglas mit dem Kalkstein und der Säure, und halte das offene Ende des Glasrohres in das Kalkwasser. Kalkstein und Säure Kalkwasser Notiere deine Beobachtung und schau in der Nachweisliste nach, welches Gas entstanden ist! Entsorgung: Alle Rückstände können verdünnt mit viel Wasser ins Abwasser gegeben werden. Beobachtung: Ergebnis: Formuliere einen Ergebnissatz!

19 Herstellung schwefliger Säure Chemikalien: Schwefel, Wasser, Indikatorlösung oder Rotkohlsaft Sicherheit: Schutzbrille nicht vergessen. Es entsteht eine Säure! Falls Gas frei wird: Nicht einatmen, giftig! Versuchsaufbau: 1 2 A Reaktionsrohr mit Schwefel B Gasbrenner (rauschend) C Wasserfalle D Gaswaschflasche E Gaserfassung 1 Schwefel 2 Wasser mit Säure-Basen- Indikator Versuchsdurchführung: Baue die Appartur wie in der Skizze dargestellt auf. Befülle die Gaswaschflasche mit Wasser und einem Tropfen Indikatorlösung oder Rotkohlsaft. Gib eine geringe Menge (30-50mg) Schwefel in das Reaktionsrohr. Dann wird der Schwefel zunächst erhitzt und schmilzt. Anschließend wird Luft über den erhitzten Schwefel gesaugt. Dafür musst du langsam den Kolben der Spritze herausziehen. Beobachte genau und notiere deine Beobachtung! Entsorgung: Die entstandene Säure kann durch Neutralisation unschädlich gemacht und ins Abwasser gegeben werden Beobachtung: Ergebnis: Reaktionsgleichung:

20 Herstellung schwefliger Säure Materialien: Konservenglas, Faden, Streichhölzer, Schutzbrille (Es entsteht eine Säure!) Chemikalien: Wasser, Indikatorlösung oder Rotkohlsaft, Schwefel Versuchsdurchführung: Nimm ein Konservenglas und bohre ein kleines Loch in den Deckel. Durch das Loch ziehst du einen Faden. Versehe den Faden am oberen Ende mit einem Knoten. Am unteren Ende bindest du ein Stück Schwefel fest. Schwefel In das Glas füllst du etwas Wasser mit einigen Tropfen Indikatorlösung oder einfach Rotkohlsaft. Zünde das Stück Schwefel an und verschliesse schnell das Glas. Wasser Vorsicht! Das entstehende Gas ist giftig! Nicht einatmen! Beobachte genau und notiere deine Beobachtung! Entsorgung: Die entstandene Säure kann durch Neutralisation unschädlich gemacht und ins Abwasser gegeben werden Beobachtung: Ergebnis: Reaktionsgleichung:

21 Herstellung schwefliger Säure Fotografien zu Versuch 8:

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24 Ammoniakspringbrunnen Chemikalien: Ammoniumchlorid (Xn), Natriumhydroxid (C), Wasser, Indikatorlösung Versuchsdurchführung: Bau die Versuchsapparatur wie in der Skizze abgebildet auf. Befülle die pneumatische Wanne mit Wasser und einigen Tropfen Indikatorlösung. Dann gibst du in den Gasentwickler eine kleine Menge (< 0,8g) von der Mischung aus Ammoniumchlorid und Natriumhydroxid. Befülle nun die Tropfpipette mit einem Tropfen Wasser und setze sie in den Gasentwickler ein. Um die Reaktion zu starten, läßt du nun den Wassertropfen auf die Mischung tropfen! A Gasentwickler B Springbrunnen C pneumatische Wanne oder Becherglas 1 maximal zwei Tropfen Wasser! 2 Ammoniumchlorid/Natriumhydroxid 3 austretendes Gas 4 Wasser mit Indikatorlösung Nicht vergessen: Denn Natriumhydroxid ist stark ätzend und Ammoniumchlorid ist gesundheitsschädlich! Entsorgung: Die Lösungen aus der Apparatur A und B werden in das Becherglas C entleert und anschließend mit verdünnter Essigsäure neutralisiert. Die neutralisierte Lösung kann ins Abwasser gegeben werden. Welche Beobachtungen kann man beim Austreten der Glasblasen im Becherglas machen? Erkläre die Erscheinung des Springbrunnens.

25 Ammoniakspringbrunnen Geräte: Stativ, Brenner, Reagenzglas, Becherglas, Rundkolben mit Stopfen und Glasrohr, sowie Stopfen mit Düse Chemikalien: Ammoniaklösung 10% (Xi), Indikatorlösung Vorbereitende Arbeiten: 1.) Ein großes Reagenzglas wird in ein Stativ gespannt und zu einem Drittel mit Ammoniaklösung (10%) befüllt. Das Reagenzglas wird mit einem Stopfen versehen, in welchen ein etwa 15cm langes Glasrohr eingeführt ist (siehe Zeichnung). 2.) Ein Becherglas wird bis 1cm unterhalb des Randes mit Wasser und ein paar Tropfen Indikatorlösung gefüllt. Daneben legt man einen sorgfältig getrockneten Rundkolben und einen passenden Stopfen mit einer nach innen zeigenden Glasdüse. Die Spitze der Glasdüse darf nicht zu eng bemessen sein, damit der Effekt auch wirklich gelingt. Nach der Vorbereitung Versuch vom Lehrer abnehmen lassen! Versuchsdurchführung: Sicherheitshinweise: Das Befüllen des Rundkolbens mit Ammoniakgas sollte in einem Abzug vorgenommen werden. Dabei ist eine Schutzbrille zu tragen! Das Ammoniakgas nicht einatmen! Vergiftungsgefahr! 1.) Die Ammoniaklösung wird im Reagenzglas solange erhitzt, bis sich Ammoniakdämpfe an den Wänden des Rundkolbens niederschlagen und aus der Öffnung des Kolbens hervorquellen. 2.) Der Kolben sollte dann sofort mit dem Stopfen und der Glasdüse verschlossen werden. Dabei wird die Glasdüse mit dem Daumen zugehalten. 3.) Der Kolben mit der Glasdüse wird in das Wasser der Glasschale gehalten. Der Daumen darf erst unter Wasser entfernt werden. Entsorgung: Ammoniaklösung kann durch Neutralisation mit Schwefelsäure ungefährlich gemacht werden. Fragt eure Lehrerin nach Beendigung des Versuchs! Schreibe die Beobachtungen in dein Heft! Wie ist die Erscheinung zu erklären?

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29 Vom Wein zum Branntwein Destillation von Obstwein Baue die Apparatur wie in der Skizze abgebildet auf und schreibe die Versuchsdurchführung und deine Beobachtungen in dein Heft! Entsorgung: Reste können mit viel Wasser in den Ausguss gegeben werden.

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32 Fotografien zu Versuch 13: Vom Wein zum Branntwein Destillation von Obstwein

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37 Fotografien zu Versuch 14: Unterscheidung von Alkoholen anhand der Siedetemperatur

38 Anhang Teil B

39 Apparaturliste der Halbmikrotechnik-Experimente: Apparatur 1: (Versuch1: Was atmen Fische? Kann Luft in Wasser gelöst sein?) Apparatur 2: (Versuch2: Wer baut den besten Feuerlöscher?) Spülmittellösung Mischung aus Citronensäure und Natriumhydrogencarbonat

40 Apparatur 3: (Versuch3: Nachweis von Kohlenstoffdioxid in der Atemluft) Atemseite Kalkwasser Apparatur 4: (Versuche 4 und 6: Die Knallgasprobe der Nachweis von Wasserstoff und ätzen Säuren auch Metalle?) Säure Magnesium Wasser

41 Apparatur 5: (Versuch 5: Die Glimmspanprobe der Nachweis von Sauerstoff) Kaliumpermanganat Wasser Apparatur 6: (Versuch 7: Welches Gas entsteht bei der Reaktion von Kalk mit Säure?) Säure Kalk Kalkwasser

42 Apparatur 7: (Versuch 8: Herstellung schwefliger Säure) Schwefel Wasser mit Indikatorlösung Apparatur 8: (Versuch 9: Vorsicht! Natrium reagiert mit Wasser) Wasser Natrium

43 Apparatur 9: (Versuch 10: Der Ammoniakspringbrunnen) Wasser Mischung aus Ammoniumchlorid und Natriumhydroxid Wasser Apparatur 10 : (Versuch 11: Kochsalzsynthese) Salzsäure Natrium Kaliumpermanganat Natriumthiosulfat

44 Apparatur 11: (Versuch 12: Aus welchen Elementen bestehen organische Verbindungen? Teil1) Kalkwasser Apparatur 12: (Versuch 12: Aus welchen Elementen bestehen organische Verbindungen? Teil2) Eiklar Rotes Lackmuspapier und Bleiacetatpapie

45 Apparatur 13: (Versuch 13: Vom Wein zum Branntwein Destillation von Obstwein) Apparatur 14: (Versuch 14: Unterscheidung von Alkoholen anhand der Siedetemperatur)

46 Anhang Teil C

47 Schülerbewertung Halbmikrotechnik (HMT) Vergleiche: Schülerexperimente mit normalen Laborgeräten der Halbmikrotechnik 1. Ich arbeite lieber mit der HMT als mit der normalen Laborausrüstung. 2. Die Apparaturen der HMT sind einfacher auf- und abzubauen. 3. Die Apparaturen der HMT sind einfacher zu reinigen. 4. Die HMT ist einfacher zu bedienen als die normale Laborausrüstung. 5. Die HMT finde ich sicherer als die normale Laborausstattung. 6. Bei der HMT kann man den Versuchsablauf besser verfolgen als bei der normalen Laborausstattung. 7. Bei der HMT erkennt man die Ergebnisse besser als bei der normalen Laborausstattung. 8. Ich würde die HMT der normalen Laborausrüstung vorziehen. trifft voll und ganz zu ++ trifft teilweise/ manchmal zu + trifft kaum zu o trifft überhaupt nicht zu -

48 Anhang Teil D Kopien der zitierten Internetseiten: gefahrstoffpreis2005.pdf

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